重金屬廢水是工業(yè)廢水中較難處理的一種，重金屬廢水是指冶煉、電解、電鍍、機械制造、化工、電子等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出含有重金屬的廢水，如鉻、銅、鋅、汞、鎘、鎳等這類(lèi)金屬污染物。這類(lèi)廢水毒性強，在自然條件作用下難以被降解，并通過(guò)土壤、水、空氣傳遞，尤其會(huì )影響食物鏈動(dòng)植物生長(cháng)，進(jìn)而危害人類(lèi)健康，對生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。近年來(lái)，重金屬廢水的處理已備受重視，國內外的科研機構研發(fā)出了多種處理技術(shù)。本文對重金屬廢水的傳統處理方法及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜述，介紹了一種新型、高效的重金屬廢水處理技術(shù)—旋轉磁場(chǎng)微電弧技術(shù)。
1、重金屬廢水的傳統處理方法
現在廣泛應用的處理重金屬廢水的方法主要包括：化學(xué)沉淀法、吸附法、膜分離法以及生物法等。
1.1 化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法和鋇鹽沉淀法等。其中，中和沉淀法是目前工業(yè)上應用最廣的方法，它具有去除范圍廣、效率高、經(jīng)濟簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，但需要添加大量化學(xué)藥劑，并產(chǎn)生較多的化學(xué)污泥，離子返溶造成不達標排放，處理水難以回用，存在二次污染問(wèn)題。
1.2 吸附法
吸附法可分為物理吸附法、樹(shù)脂吸附法、生物吸附法。吸附法主要是在重金屬化學(xué)形態(tài)不被改變的前提下，利用吸附劑的獨特結構以吸附分離的方式去除水中重金屬。常用的吸附劑有活性炭、沸石、硅藻土、凹凸棒石、二氧化硅、天然高分子及離子交換樹(shù)脂等，其中天然沸石吸附能力最強，也是最早用于重金屬廢水處理的礦物材料。但由于吸附劑吸附容量有限，選擇性高，所以吸附法應用范圍限制在低濃度、單組分的重金屬廢水的處理中，而且吸附法還存在投資較大、運行費用較高、污泥產(chǎn)生量大、處理后的水難以穩定達標排放等問(wèn)題。
1.3 膜分離法
膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來(lái)進(jìn)行物質(zhì)分離的技術(shù)，是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力作用下，不改變溶液中化學(xué)形態(tài)的基礎上，將混合物進(jìn)行分離、濃縮、提純的技術(shù)。膜技術(shù)包括反滲透、超濾、電滲析、液膜和滲透蒸發(fā)等。目前，反滲透和超濾膜在電鍍廢水處理中已得到廣泛應用。膜技術(shù)設備簡(jiǎn)單，去除范圍廣，處理效率高，但存在膜組件價(jià)格高、使用過(guò)程中膜污染、膜通量下降以及同分異構體就無(wú)法實(shí)現分離的問(wèn)題，影響了膜技術(shù)在廢水處理中的廣泛應用，主要作為常規處理的后續處理。
1.4 生物法
生物法分為植物修復法、生物絮凝法。植物修復法是利用植物通過(guò)吸收沉淀和絮凝等作用降低水中重金屬含量，但治理效率較低，并且由于一種植物只吸收一種或兩種重金屬，難以全面消除所有污染物；生物絮凝法是利用微生物和微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法，但是，目前大部分微生物絮凝劑都還處在實(shí)驗階段，工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟成本較高，同時(shí)活體的微生物絮凝劑保存困難，所以限制了微生物絮凝劑的大規模應用。
2、旋轉磁場(chǎng)微電弧重金屬廢水處理技術(shù)
旋轉磁場(chǎng)微電弧處理技術(shù)是一種新型污水處理技術(shù)，在遵循化學(xué)反應定律的基礎上，通過(guò)系統核心部件Plazer-RF設備工作區域中導磁性工件的高速旋轉產(chǎn)生強烈電流和數量龐大的微電弧，瞬間增強化學(xué)動(dòng)力反應，達到破壞流體結構、減弱分子內和原子間的聯(lián)接效果，將硫酸鹽藥劑快速分解、反應，促使氫氧根與金屬離子形成氫氧化的不溶物質(zhì)，達到高效去除重金屬的目的；同時(shí)，依靠高濃度負離子的存在徹底消滅流體中致病微生物和病原體。
旋轉磁場(chǎng)微電弧污水處理技術(shù)從根本上強化了動(dòng)力性能，大幅提升化學(xué)反應速率及反應充分度，減少藥劑投放量、輔助設備數量和體積，從而在保證低本、高效處理涉重廢水的同時(shí)，能夠解決污水中病原微生物、有毒物和污染物無(wú)法徹底處理的難題，實(shí)現污水無(wú)害化和水資源循環(huán)利用以及重金屬的回收利用，提高經(jīng)濟效益。
2.1 旋轉磁場(chǎng)微電弧設備工作組件
旋轉磁場(chǎng)微電弧污水處理技術(shù)主要工藝組件為Plazer-RF裝置，以及Plazer-RF裝置的輔助設備（包括設備控制面板、冷卻裝置、沉淀器、過(guò)濾器等）。此裝置具有以下特點(diǎn)：設備占地尺寸小于傳統設備的10倍，主體設備尺寸僅為800mm×300mm，輔助設備使用數量少，復雜性降低，能耗只有0.05~0.25KW/m3，系統整體成本遠遠低于傳統工藝成本；組件的處理單元數量或結構，可以根據處理需求進(jìn)行組裝和調整，并可改裝為移動(dòng)式，無(wú)需專(zhuān)門(mén)建設廠(chǎng)房或地基，節約占地面積，單套處理系統的處理效率為50~75m3/d。圖1為Plazer-RF裝置外觀(guān)圖。
2.2 Plazer-RF裝置工作原理
Plazer-RF設備工作區域為圓柱形軸心區域，工作區域中有圓柱形導磁性工件，采用動(dòng)力學(xué)方式使工件在磁場(chǎng)作用下高速旋轉，旋轉速度接近磁場(chǎng)旋轉速度。工件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生每秒幾千次的振蕩動(dòng)作，短時(shí)間內形成電路并迅速斷開(kāi)，從而產(chǎn)生強烈電流和數量龐大的微電弧。同時(shí)，工件旋轉過(guò)程中電極極性發(fā)生轉換（即反復磁化），使工件的長(cháng)度發(fā)生快速變化，不斷產(chǎn)生小幅度的脈沖沖擊力，這種沖擊力在液體中會(huì )放大許多倍，產(chǎn)生機械、流體動(dòng)力、水解、熱力等效應。圖2為Plazer-RF裝置工作區域渦流圖（SKS-1M相機1000幀/秒照片）。
2.2. 1處理過(guò)程中Plazer-RF裝置內產(chǎn)生的效應
處理系統中Plazer-RF裝置能夠進(jìn)行快速高強的反應過(guò)程，產(chǎn)生以下作用：成分及反應參與物產(chǎn)生強力分散和混合作用；在液體中產(chǎn)生剪應力、強大旋流、微小范圍的脈動(dòng)壓力和流速，破壞流體結構，減弱分子內和原子間的聯(lián)接，產(chǎn)生電磁透鏡感應；強力的空化作用、沖擊波和二次非線(xiàn)性聲學(xué)影響；氧化和部分化合物的還原反應。
2.2.2 Plazer-RF裝置內工作區域的物理-化學(xué)過(guò)程
Plazer-RF裝置處理過(guò)程中水作為參與物，不僅改變了自身結構，且性質(zhì)也發(fā)生了改變。處理過(guò)程中水的Н+及ОН離子快速分解，并立即參與化學(xué)反應，形成了復合化合物。工件與待處理液體相互作用，使pH值升高，從而形成完整的氫氧化物沉淀，且分解水獲得ОН-，使用硫酸鐵或硫酸鋁（或其他硫酸鹽）作為藥劑，可使硫酸鹽快速分解為離子狀并進(jìn)入反應，隨后ОН與金屬離子形成氫氧化的不溶物質(zhì)，達到去除廢水中重金屬和回收重金屬的目的。同時(shí)，在強力液流旋轉過(guò)程中，依靠水力空化作用和高濃度負離子的存在可徹底消滅致病微生物和病原體、蠕蟲(chóng)及蟲(chóng)卵。
2.2.3 Plazer-RF設備與傳統工藝多相動(dòng)力系統化學(xué)反應速率對比
采用傳統工藝處理時(shí)，因為反應時(shí)間長(cháng)，產(chǎn)生的沉淀在溶液中容易下沉，減緩分離速度，影響處理效率和效果。
Plazer-RF裝置內工作區域處理產(chǎn)生的懸浮液可高速（相比傳統工藝高2~15倍或更多倍）沉淀，硬粒子轉變?yōu)樾碌男再|(zhì)，消除了范德瓦爾斯力（分子間作用力），加快沉淀速度，消除溶劑化影響，這樣可以減少沉淀池、沉降池、過(guò)濾器等設備的數量。
Plazer-RF設備中的高效混合能力和工件釋放的沖擊波使硬粒子被快速粉碎，破壞硬粒子的氧化層、污垢層、反應產(chǎn)物層，使表層不斷形成新的缺口，減弱分子結合力，促使新鮮小粒子充分結合，達到大幅提升化學(xué)反應速率以及反應充分度的效果，進(jìn)而促使組成成分和反應參與物充分活化，使原有的傳統工藝遷移物擴散方式變?yōu)閯?dòng)力方式，保障了所有參與反應物在設備工作區域內同時(shí)發(fā)生反應，可在短短幾秒內便產(chǎn)生氧化反應，化學(xué)反應動(dòng)力直線(xiàn)上升，幾乎與縱軸平行。完整的化學(xué)反應過(guò)程幾乎可以瞬時(shí)完成，每套單獨裝置的處理效率為50~75m3/d。而一般的攪拌反應器中氧化反應速度很慢，由于反應形成的新化學(xué)產(chǎn)物阻礙了反應的進(jìn)行，因此反應不充分。
2.3 旋轉磁場(chǎng)微電弧技術(shù)處理重金屬廢水的實(shí)驗效果
實(shí)驗采用了某電鍍廠(chǎng)的電鍍廢水，經(jīng)檢測，廢水中含有銅、鋅、鎘、六價(jià)鉻、總鉻、三價(jià)鐵等重金屬物質(zhì)，各物質(zhì)濃度均超過(guò)《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）中規定的污染物排放濃度限值。詳見(jiàn)表2。
實(shí)驗中，先將廢水引入調節池，然后按照6m3/h的速度與壓縮空氣一起進(jìn)入Plazer-RF設備進(jìn)行處理，同時(shí)由加藥器往Plazer-RF裝置加入硫酸亞鐵和質(zhì)量分數為96%的氫氧化鈉，廢水在Plazer-RF裝置中經(jīng)過(guò)快速充分反應后，排入初沉池進(jìn)行初次沉淀，然后進(jìn)入斜管沉淀池進(jìn)行二次沉淀，同時(shí)注入二氧化碳氣體調節廢水pH值，最后排入綜合池。這樣廢水經(jīng)Plazer-RF裝置處理后，經(jīng)過(guò)兩級沉淀進(jìn)入綜合池，各重金屬污染物濃度大幅降低，完全符合標準中規定的濃度限值，金屬離子形成氫氧化的不溶物質(zhì)。同時(shí)，化學(xué)需氧量和氨氮兩項污染物的濃度也有不同程度的降低�？梢钥闯鲂D磁場(chǎng)微電弧技術(shù)在處理重金屬廢水中具有去除率高，去除范圍廣，處理效果好的特點(diǎn)。
3、結論
通過(guò)對旋轉磁場(chǎng)微電弧污水處理技術(shù)工作原理、技術(shù)參數、與傳統工藝反應對比以及電鍍廢水實(shí)驗結果可以看出，旋轉磁場(chǎng)微電弧污水處理技術(shù)較傳統處理技術(shù)具有以下優(yōu)勢：
1）無(wú)需專(zhuān)門(mén)建設廠(chǎng)房或地基，設備占地尺寸小于傳統設備的10倍。
2）處理組件的處理單元數量或結構，可以根據處理需求進(jìn)行調整，并可改裝為移動(dòng)式。
3）性能高，可減少設備用料消耗和能源設備的使用，并節約能源。
4）將傳統的生化技術(shù)變?yōu)槲锘磻�，使原有的傳統工藝遷移物擴散方式變?yōu)閯?dòng)力方式，去除率高，去除范圍廣，極大地提高了工作效率。
5）Plazer-RF設備中的高效混合能力保障了系統中所有參與反應的物質(zhì)在設備全部工作區域內同時(shí)發(fā)生反應，處理污水效果更佳，可以徹底處理污水中的病原微生物、有毒物和污染物，尤其是針對重金屬廢水，處理后的水可以循環(huán)利用，中水回用率達到了80%以上，減少原水使用量，節約水資源；同時(shí)又可將污泥中的重金屬清理回收，回收利用率可達到90%，有效防止二次環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán)境，創(chuàng )造客觀(guān)的社會(huì )、經(jīng)濟效益。（來(lái)源：淄博市環(huán)境監測站，淄博高新區中烏研究院）
